ASML，全球领先的半导体设备制造商，计划在未来几个月内交付其第二代高数值孔径（High-NA）极紫外（EUV）光刻机——TwinScan EXE:5200的首批模块。这一进展标志着半导体制造技术的重大突破，目标是在2026年实现量产。
高数值孔径极紫外光刻机技术的引入，使得芯片制造商能够在单次曝光中实现更小的特征尺寸和更高的晶体管密度。与传统的低NA EUV技术相比，高NA EUV技术将分辨率从13纳米提升至8纳米，能够制造出更小、更强大的芯片。这对于推动人工智能、高性能计算和自动驾驶等前沿技术的发展至关重要。
工作原理
1. EUV光源的产生
EUV光刻机的核心是其光源。ASML的高NA EUV系统使用激光产生的等离子体（LPP）技术来产生极紫外光。具体来说，系统会将直径约25微米的液态锡滴以每秒70米的速度喷射出来。这些锡滴首先被一个低强度激光脉冲击中，使其变成薄饼状，然后被一个更强大的激光脉冲击中，产生等离子体并发射出波长为13.5纳米的EUV光。这个过程每秒重复50,000次，以产生足够的光用于芯片制造。
2. 光的捕获与反射
由于EUV光在空气中会被吸收，因此EUV系统在真空室内操作。特殊的多层反射镜（由硅和钼交替层组成）用于捕获和反射EUV光。这些反射镜具有极高的反射率和表面精度，确保光的精确控制。这些反射镜的制造精度极高，如果将表面放大到德国的大小，最大偏差仅为0.1毫米。
3. 图案投影
捕获的EUV光通过一个光掩模（photomask）投影到涂有光刻胶的硅片上。光掩模上刻有电路设计的图案，透明部分允许EUV光通过，而其他部分则阻挡光线。通过光掩模的光线在硅片上形成电路图案。
4. 光刻胶的曝光与显影
硅片上的光刻胶在EUV光的照射下会发生化学变化，使其在显影液中的溶解度发生变化。经过显影后，图案化的光刻胶将电路设计的图案转移到硅片上。
5. 重复曝光与多层制造
制造现代芯片需要在硅片上构建多层电路，这通常需要多次重复EUV光刻过程，每次使用不同的光掩模来制造不同的芯片组件。
图：ASML即将交付第二代高数值孔径极紫外光刻机
技术特点与优势
更高的数值孔径（NA）
高NA EUV技术的核心是其0.55的数值孔径，相比传统的0.33 NA，能够实现更小的特征尺寸和更高的晶体管密度。这使得芯片制造商能够在单次曝光中制造出更小、更复杂的芯片结构。
更快的晶圆和掩模台
由于高NA EUV系统的曝光场只有传统EUV系统的一半大小，因此需要更多的曝光次数来完成单个晶圆的图案化。为了应对这一挑战，ASML开发了更快的晶圆和掩模台。EXE系统的晶圆台加速能力达到8g，是NXE系统的两倍；掩模台加速能力达到32g，相当于一辆赛车从0加速到100公里/小时仅需0.09秒。这些改进使得TwinScan EXE:5000能够每小时处理超过185片晶圆。
成本效率与简化制造
高NA EUV技术不仅提高了分辨率，还简化了制造过程。传统的低NA EUV技术需要使用复杂的多重曝光技术来实现高分辨率，而高NA EUV技术可以在单次曝光中完成，从而减少了生产时间和成本。
未来展望
ASML的高NA EUV技术不仅为当前的芯片制造带来了重大改进，还为未来的芯片架构奠定了基础。从2纳米逻辑节点开始，高NA EUV技术将支持更高密度的存储节点。此外，ASML还在探索开发数值孔径为0.75的超NA EUV机器，这将进一步推动芯片制造技术的发展。
总之，ASML第二代高NA EUV光刻机的推出，不仅标志着半导体制造技术的重大进步，也为全球数字经济发展提供了坚实的技术支撑。
